以太网供电应用电路设计攻略 —电路图天天读（92）

　　以太网供电（PoE）是利用现有的网络5类数据电缆传输直流电源，在传递信号的同时也将电源传递给用电设备（PD），如IP电话、无线接入点及网络监控摄像头等，省去了本地电源。在PoE系统中，为PD提供电源的设备叫供电设备（PSE）。PD的功耗限制在12.95W，PSE输出功率限制为每个RJ-45端口15.4W。考虑到沿CAT-5以太网线（最长可达 100米）传输的电压降，IEEE标准为PD和PSE规定了不同的额定功率。较长的电缆将产生较大的电压降，因此PSE的输出电压要高于标称的48V，以使PD获得足够的功率。

　　供电设备

　　PSE提供PD检测、分级、限流以及电源控制功能。一个有效PD需要具备25kΩ的探测特征，PSE控制器进行 PD检测时，按照检测条件用一个2.8～10V的限流电压对信号线进行探测。通过测量V-I，利用斜率计算出端口电阻，对端口连接设备做出判断：有效 PD、开路、低阻负载、高阻负载、大电容负载、正电源、负电源。为了避免损坏非PD设备，同时也为了防止输出短路时损坏PSE控制器，PSE在PD检测过程中需要限制电流，通常在2mA以内。另外，PSE还需要累计多个交流周期以便抑制50Hz/60Hz的电力线耦合噪声。

　　以太网供电技术的最初推动力是VoIP，由于越来越多的以太网设备，如RFID阅读器、PDA充电器、移动电话、笔记本电脑等可以采用这种方便的供电方式，IEEEE802.3af标准定义了五个不同的功率级别，以便PSE高效地管理功率分配。完成PD检测后，PSE控制器将进入PD分级模式，为端口提供15.5V～20.5V电压，并检测进入端口的电流，根据表2所示IEEE 802.3af规定的PD分级标准，可确定PD的功率等级。Maxim推出的MAX5945(＄5.8018)网络供电控制器可以控制四个独立的端口，采用36引脚SSOP封装，能够实现PD检测、PD分级及AC/DC负载断接检测功能。图1给出了MAX5945(＄5.8018)的典型应用电路。

　　PoE网络可以采用端点或中跨式PSE实现。端口PSE存在于网络连接的终端。对端点PSE和PD设备来说，电源是通过信号线对儿传输的。因为电源已经通过了以太网连接的端点上，这种PSE类型提供了一种简便的PoE方案，非常适合用来布署新的基础网络。需要对现有以太网进行升级时，可以用中跨PSE方式将电源插入到以太网中。中跨PSE可以通过CAT-5电缆中的“空闲线对儿”传输电源，如果只有几个以太网设备需要供电，这是一个最具成本效益的方法。MAX5945(＄5.8018)既可用于端点PSE，也可用于中跨PSE，如图2所示。

　　具有以太网供电能力的PD应用电路

　　对于从以太网供电系统获得电源，用电设备必须符合IEEE802.3af标准规范，要求能够提供PD检测及可编程分级特性信号。PSE进行PD检测时，PD必须提供25kΩ和小于150nf的识别特征，以便PSE将PD从不需要供电的以太网设备中识别出来。分级特征代表PD的峰值功率损耗，要求在 PSE向端口提供PD分级检测电压时能够吸收特定的电流，PD的分级电流对应于所示的5个功率等级。当端口电压达30V～40V时，PD处于欠压闭锁状态，以防产生检测和分级干扰。

　　Maxim针对PD端提供了集PD接口和DC-DCPWM控制器于一体的MAX5941(＄3.1824)，可用于隔离或非隔离的反激和正激转换器。 MAX5941(＄3.1824)A/MAX5941(＄3.1824)B的PD接口符合IEEE 802.3af标准，可以为PD提供检测特征信号、分级特征信号和一个具有可编程浪涌电流控制功能的集成隔离开关，还具有宽滞后的供电模式欠压锁定（UVLO）以及“电源好”状态输出等功能。在检测和分级期间，集成的MOSFET提供PD隔离。 MAX5941(＄3.1824)A/MAX5941(＄3.1824)B保证检测阶段的泄漏电流偏差小于10μA。可编程限流功能防止上电期间产生很高的浪涌电流。这些器件的供电模式 UVLO具有宽滞后和长故障消隐时间等特性，以补偿电压在双绞电缆上的阻性衰减，并确保系统在检测、分级和上电/掉电诸状态间无扰动转换。

　　电路分析：MAX5941(＄3.1824)A/MAX5941(＄3.1824)B中的PWM电流模式控制器可用于设计反激式或正激式电源。电流模式简化了控制环的设计，同时提高了环路的稳定性。集成了高压启动调节器允许器件直接连接至输入电源，而无需外接启动电阻器。内部调节器提供的电流使控制器启动并开始工作。一旦第三绕组的电压建立起来，内部调节器就被关闭，而由第三绕组提供PWM控制器运行所需的偏置电流。内部振荡器被设定在275khz，并被微调至额定偏的±10%以内。允许使用比较小的磁性元件以缩小电路板空间。图3所示为MAX5941(＄3.1824)的典型应用电路。图中，上半部分电路用来分离出PSE输送的-48V直流电源，两个二极管桥整流器（DF02SA(＄0.1667)）分别从端点或中跨PSE网络配置中获取电源。电阻器RDISC用于设置PD探测特征，当二极管桥的阻抗较高时，应采用较小阻值的 RDIES来进行补偿。电阻器RCL用于确定PD的分级特征。栅极电容器CGATE用于设定浪涌电流。正激式DC-DC转换器提供5V输出电压。
电子发烧友网技术编辑点评分析：

　　如今快速以太网与原来在100Mbps带宽下工作的FDDI相比它具有许多的优点，最主要体现在以太网技术可以有效的保障用户在布线基础实施上的投资，支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接，能有效的利用现有的设施。不足就是快速以太网仍是基于CSMA/CD技术，当网络负载较重时，会造成效率的降低，当然这可以使用交换技术来弥补。
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